Logo PTB

Einfluss verschiedener Vorbehandlungen auf das Driftverhalten von Normalwiderständen

20.11.2018

Neue Normalwiderstände zeigen nach ihrer Herstellung eine relativ starke, nur langsam abklingende zeitliche Änderung ihres Widerstandswertes. Ursache dafür sind häufig mechanische Spannungen, die im Material sowohl des Widerstandes als auch des Gehäuses relaxieren. Bei der Herstellung versucht man, diese Spannungen mit verschiedenen Maßnahmen zu reduzieren, üblicherweise durch eine Temperaturbehandlung.

 

 

Diese Temperaturbehandlung kann sowohl für die Widerstandselemente als auch für das Gehäuse erfolgen. Die untersuchten 10-kΩ-Widerstände bestehen aus zwei in Reihe geschalteten Elementen zu je 5 kΩ, die in ein Messinggehäuse geklebt werden. Das Gehäuse ist druckdicht gekapselt, um einen optimalen Schutz vor Umwelteinflüssen zu gewährleisten (Bild 1). Um die für das Alterungsverhalten relevanten Einflüsse identifizieren zu können, wurden vier Widerstände (#0001, #0002, #0003 und #0005) auf drei verschiedene Arten vorbehandelt. Bei Widerstand #0001 wurden die Widerstandselemente ohne Behandlung in ein unbehandeltes Gehäuse eingebaut. Für Widerstand #0002 wurde das Messinggehäuse auf 77 K (Temperatur von flüssigem Stickstoff) abgekühlt, anschließend wurden die Widerstandselemente ohne Vorbehandlung eingebaut. Bei den Widerständen #0003 und #0005 wurden sowohl die Widerstandselemente als auch die Gehäuse der Prozedur mit flüssigem Stickstoff unterzogen.


Nach dieser Vorbehandlung wurden alle Widerstände noch einer weiteren Voralterung durch Ausheizen und Betrieb mit erhöhter Leistung unterzogen. Anschließend wurden die Widerstände in regelmäßigen Abständen mittels eines Kryo-Stromkomparators mit einem rückgeführten 100-Ω-Widerstand verglichen. Die Ergebnisse sind in Bild 2 dargestellt.


Bis auf den Widerstand #0002 zeigen alle Widerstände anfangs eine starke Drift von einigen µΩ/Ω pro Monat. Widerstand #0002 driftet nach einer kurzen Einlaufphase etwa konstant mit 3,5 µΩ/Ω pro Jahr, mit leicht abnehmender Tendenz. Nach sechs Monaten scheinen sich auch die anderen Widerstände zu stabilisieren. Einzig Widerstand #0003 zeigt ein unstetiges Verhalten, das auf einen möglichen Defekt hindeutet.


Im Einzeln ist das unterschiedliche Verhalten der Widerstände noch nicht vollständig verstanden. Als kritischer Punkt hat sich jedoch bei diesem Versuch herausgestellt, dass die Montage des Widerstandselementes einen sehr großen Einfluss auf das Verhalten hat. In einem nächsten Schritt sollen daher alternative Einbaumethoden untersucht werden.

 

iderstandselemente im druckdichten Gehäuse   Druckdichtes Gehäuse

Bild 1: Widerstandselemente im druckdichten Gehäuse

 

 

 Relative zeitliche Änderung des Widerstandswertes

 Bild 2: Relative zeitliche Änderung des Widerstandswertes nach unterschiedlichen Vorbehandlungen